Comparison of convolutional neural networks with matched-filtering for detection of induced seismicity
Notice bibliographique
Résumé
The problem of extracting weak earthquake signals from continuous waveforms data recorded by networks of seismic sensors, referred to as earthquake detection, is a challenging and critical task in seismology. Waveform cross-correlation (matched-filtering) is a widely used method to detect weak earthquake signals with waveforms similar to those of known events. Even using this method, earthquake catalogs are often limited and incomplete, so there is a need for a more general detector. Because earthquakes occur infrequently, detection algorithms must be capable of quick processing of months to years of continuous data dominated by noise. To address these challenges, we propose to use convolutional neural networks, a new detection method that utilizes large seismic datasets to perform computationally efficient search to identify events in the continuous data. We set up an algorithm as a supervised machine learning problem and test its performance against matched-filtering based detector on synthetic and Kaybob-Duvernay region data. In this work, I introduce a DuverNet, which is an optimized convolutional neural network for the detection of induced seismicity in the Kaybob-Duvernay production region. First, I test two different convolutional neural network architectures: ConvNetQuake and VGG-Junior. Second, I test two different loss functions: cross-entropy loss and focal loss. My thesis is the first time focal loss is used to tackle class imbalance problem in earthquake detection. Focal loss helps tackling the problem of class imbalance and allows to achieve higher accuracy for convolutional neural network detectors. Third, I compare performance of matched-filtering and DuverNet. After allowing time for appropriate training, DuverNet performs best in computational runtime and memory use. Moreover it delivers superior detection performance compared to the matched-filtering detector. Synthetic data testing illustrates that DuverNet better generalizes to previously unseen events and is found to be better at detecting more events at lower signal-to-noise ratio compared to the matched-filtering method. Finally, my thesis introduces a novel dataset collected by the 6 UC/DSA array stations installed by Nanometrics for the University of Calgary.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».